[发明专利]一种钠离子电池负极材料及其制备方法及电池

说明书

本发明属于电池技术领域，尤其涉及一种钠离子电池负极材料及其制备方法及电池。本发明提供了一种钠离子电池负极材料的制备方法，包括以下制备步骤：A、将1,4‑双(对羧基苯基)‑1,3‑丁二烯与钠的碱性化合物的乙醇溶液混合，得到混合溶液；B、将石墨负载材料与所述混合溶液混合后冷冻干燥后得到钠离子电池负极材料。本发明提供了一种钠离子电池负极材料及其制备方法及电池，能有效解决具有电化学活性的有机化合物容易溶解在有机电解质溶液中，导致其循环性能差、倍率性能低以及容量低的技术缺陷。

技术领域

本发明属于电池技术领域，尤其涉及一种钠离子电池负极材料及其制备方法及电池。

背景技术

当前，锂离子电池由于其比容量高、自放电小、功能密度高、循环性能好和性价比高而受到广泛青睐。但是锂资源存储量减少，分布不均匀等问题日益突出。

金属钠与金属锂是同一主族的金属，因此有着相似的物理性质和化学性质，且钠元素来源丰富，原料易得，分布广泛。金属钠是电化学可逆的材料，具有电极电势负(相对于锂电位为+0.3V)、能量密度高等特点，钠单质的理论比容量达1100mAh/g。相关研究表明，钠离子电池性能与锂离子电池性能相当接近，极有可能替代锂离子电池。因此，开展对钠离子电池材料的研究意义重大。已经报道的4,4-联苯二羧酸钠(Na₂C₁₄H₈O₄)、对苯二甲酸钠(Na₂C₈H₄O₄)的放电比容量分别是200mAh/g、288mAh/g。由于钠离子半径比锂离子大得多(r(Na⁺)＝0.102nm.vs.r(Li⁺)＝0.076nm)，钠离子很难在石墨层间自由地嵌入和脱出，故石墨不能用做钠离子电池负极材料。

有机共轭羰基化合物最典型的就是其共轭体系，这就在本质上决定了这类材料结构的多样性，电化学反应速率快。另外，有机共轭羰基化合物来源广泛，价格低廉，其电化学反应机制是多电子氧化还原反应的过程。从理论上来讲这些性质决定了这类材料循环性能和倍率性能都较好。因此，为了发展容量高、倍率性好、经济型的钠离子电池负极材料，有机羰基化合物是一个值得研究的方向。例如，CN10103794825A公开了一种高性能可充全对称有机钠离子电池及其制备方法。以金属盐和有机羧酸制备四钠盐，以该四钠盐为正负极片的活性物质并组装成钠离子电池，该方法制备的钠离子电池循环性能好，工作电压高。

综上所述，目前有机钠离子电池的问题是：1)大多数具有电化学活性的有机化合物容易溶解在有机电解质溶液中，导致循环性能差。2)有机化合物导电性差，导致倍率性能差。3)羰基活性位点利用率不高，导致容量低。因此，研发一种不容易溶解在电解液中的、倍率性能好和容量高的有机钠离子电池材料是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种钠离子电池负极材料及其制备方法及电池，能有效解决具有电化学活性的有机化合物容易溶解在有机电解质溶液中，导致的循环性能差、倍率性能低以及容量低的技术缺陷。

本发明提供了一种钠离子电池负极材料的制备方法，包括以下制备步骤：

A、将1,4-双(对羧基苯基)-1,3-丁二烯与钠的碱性化合物的乙醇溶液混合，得到混合溶液；

B、将石墨负载材料与所述混合溶液混合后冷冻干燥后得到钠离子电池负极材料。

作为优选，所述石墨负载材料包括氧化石墨烯、还原石墨烯、氧化还原石墨烯、多壁碳纳米管和碳纳米管中的一种或多种。

作为优选，所述石墨负载材料占所述1,4-双(对羧基苯基)-1,3-丁二烯的质量的5％-50％。

作为优选，所述钠元素与1,4-双(对羧基苯基)-1,3-丁二烯的摩尔比为2:1。